Способ определения температуры и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01K11/22 

(rt)

8X1

(1)

где сЛ .x,

«- -jfll fTSj -,-;

давление газа внутри входного сопла 3;

Р - давление газа на выходе вькодного сопла 4;.

k - показатель адиабаты;

MO - число Маха,,

R - число Рейнольдса.

м

Константа с. характеризует экстИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры различных сред и объектов народного хозяйства, а также для воспроизведения термодич намической температурной шкалы.

Целью изобретения является повышение точности определения температуры.

На чертеже приведена структурная ю схема устройства для осуществления :редложенного способа.

В устройстве источник 1 сжатого газа пневматически подключен к 2, состоящему из двух критических со- 15 ремальное значение отношений давлений пел - входного 3 и выходного 4, кото- на входе и выходе сопел, ниже которо- рый размещен в исследуемой среде (объ- го массовый расход газа перестает за- екте) 5, например в термостате. Между висеть от давления на выходе (про- соплами 3 и 4 включен измеритель тиводавления). Оптимальным условием средней скорости движения газа, сое- 20 возникновения критического режима тоящий из цилиндропоршневой пары 6,7, истечения газа из сопел 3 и 4 при вход и выход которой газовой магист- минимальном уровне исходного давле- ралью сообщаются с соплами 3 и 4 че- ния газа в источнике 1 является соот- рез теплообменники 8 и 9, осуществля- ношение площадей среза сопел, кото- ющими температурную развязку. Устрой- 25 рое должно быть обратно пропорцио- ство снабжено также двзпспозиционным нально константе критического отно- пятилинейным пневматическим распределителем-коммутатором 10, предназначенным для реверса направления движения поршня 7 в 11;илиндре 6 в целях 30 обеспечения непрерывности процесса измерения. Со стороны среза выходного сопла 4 подключен утилизатор 11 для отработавшего газа. В состав измери- те;1я скорости входит также фотостарт 5 12 и фотофиниш 13, конструктивно размещенные на цилиндре 6 и электрически подключенные к измерителю 14 иншения давлений для используемого газа

„IJL (ci)(2)

вы

где F jFyj. площади срезов соответственно сопел 3 и 4.

Таким образом, на срезах сопел 3 и 4 устанавливается критическая (звуковая) скорость газа, которая зависит только от температуры внутри сопла (температуры торможения)

тервалов времени, например частотомеРУ.

Цилиндр 6 может быть выполнен из кварцевого стекла, а поршень - из эбонита. Величина зазора между ками цилиндра 6 и поршня 7 не должна существенно превьниать величину порядка Oj06 мм. Ось цилиндропоршневой пары наклонена к плоскости горизонта под углом около 23 °.

Способ осуществляется следующим образом.

Источником газа 1 обеспечивается уровень входного давления, достаточный для установления критического режима истечения газа на выходных сре-l l (rt)

8X1

(1)

где сЛ .x,

«- -jfll fTSj -,-;

давление газа внутри входного сопла 3;

Р - давление газа на выходе вькодного сопла 4;.

k - показатель адиабаты;

MO - число Маха,,

R - число Рейнольдса.

м

Константа с. характеризует экстремальное значение отношений давлений на входе и выходе сопел, ниже которо- го массовый расход газа перестает за- висеть от давления на выходе (про- тиводавления). Оптимальным условием возникновения критического режима истечения газа из сопел 3 и 4 при минимальном уровне исходного давле- ния газа в источнике 1 является соот- ношение площадей среза сопел, кото- рое должно быть обратно пропорцио- нально константе критического отно-

ремальное значение отношений давлений на входе и выходе сопел, ниже которо- го массовый расход газа перестает за- висеть от давления на выходе (про- тиводавления). Оптимальным условием возникновения критического режима истечения газа из сопел 3 и 4 при минимальном уровне исходного давле- ния газа в источнике 1 является соот- ношение площадей среза сопел, кото- рое должно быть обратно пропорцио- нально константе критического отно-

шения давлений для используемого газа

ьное значение отношений давлений оде и выходе сопел, ниже которо- ссовый расход газа перестает за- ь от давления на выходе (про- авления). Оптимальным условием кновения критического режима ения газа из сопел 3 и 4 при альном уровне исходного давле- аза в источнике 1 является соот- ие площадей среза сопел, кото- олжно быть обратно пропорцио- о константе критического отно-

„IJL (ci)(2)

вы

ремальное значение отношений давлени на входе и выходе сопел, ниже которо го массовый расход газа перестает за висеть от давления на выходе (про- тиводавления). Оптимальным условием возникновения критического режима истечения газа из сопел 3 и 4 при минимальном уровне исходного давле- ния газа в источнике 1 является соот ношение площадей среза сопел, кото- рое должно быть обратно пропорцио- нально константе критического отно-

где F jFyj. площади срезов соответственно сопел 3 и 4.

ремальное значение отношений давлений на входе и выходе сопел, ниже которо- го массовый расход газа перестает за- висеть от давления на выходе (про- тиводавления). Оптимальным условием возникновения критического режима истечения газа из сопел 3 и 4 при минимальном уровне исходного давле- ния газа в источнике 1 является соот- ношение площадей среза сопел, кото- рое должно быть обратно пропорцио- нально константе критического отно-

Таким образом, на срезах сопел 3 и 4 устанавливается критическая (звуковая) скорость газа, которая зависит только от температуры внутри сопла (температуры торможения)

40

, Qk:

К.Р -f k + 1

(3)

где k

45

50

газовая постоянная; Т - температура торможения внутри сопел.

В этом режиме истечения газа любые ) пневматические возмущения вне сопла распространяются в газовой среде не быстрее звуковой скорости и поэтому не могут повлиять на режим течения внутри сопла. Одновременно имеет место ступенчатое изменение параметров газового состояния по направлению от

Изобретение относится к термометрии, м.б. использовано для воспроизведения термодинамической температурной шкалы и позволяет повысить точность измерений. Два критических сопла 3 и 4 устанавливаются на объекте, температура которого контролируется, или в термостате 5 при градуировке прибора. Источником 1 газа чивается уровень давленш, достаточный для установления критического режима истечения газа на выходных срезах сопел 3 и 4. Вытекая из сопла 3, газ попадает через теплообменник 8 и коммутатор 10 в промежуточный объем - цилиндр 6, в котором устанавливается ламинарный докритический поток газа. Затем газ проходит коммутатор 10, теплообменник 9 и направляется на вход сопла 4, из которого истекает в утилизатор 11. Определяя среднюю скорость движения газа в цилиндре, которая зависит с точностью до константы прибора только от температуры торможения газа внутри сопел, искомую температуру рассчитывают по формуле. Среднюю скорость потока газа измеряют с помощью поршня 7, движущегося с газом в цилиндре 6, реги-ст- рируя измерителем 14 время прохождения поршнем 7 измерительного участка определенной длины между фoтocJгapтoм 12 и фотофинишем 13. 2 с. и 1 з,п, ф-лы, 1 ил. (Л САЭ 4 ;

зах обоих сопел 3 и 4. Аналитическое „ источника 1 до выхода, осуществляемое

вьфажение аэродинамического условия возникновения критического режима ис течения газа одновременно на соплах 3 и 4 имеет вид

адиабатически.

Истекая из сопла 3,газ попадает через теплообменник 8 и коммутатор 10 на один из входов цилиндра. 6 и

адиабатически.

Истекая из сопла 3,газ попадает через теплообменник 8 и коммутатор 10 на один из входов цилиндра. 6 и

3 1413447

вовлекает в движение поршень 7. Газ, находящийся за поршнем 7, выходит через противоположный конец 1р1линдра 6 и,проходя коммутатор 10 и теплообменник 9, попадает снова в блок 2 на вход сопла 4, из которого поток газа направляется в утилизатор 11. Скорость поршня 7, равная средней скорости ларабу

Ф

за

арного потока газа Vj, меньше тического

еской скорости во столько раз, сколько поперечное сечение цилинд6 больше площади среза сопла 3, .

и с я

точнос

щ и ния

за формиру ном объеме соплами, к дуемой сре срезов кот пропорцион кого отнощ мого газа, установивш газа, а те среды опре

а

кр

. .ib

31 d

(4)

где - диаметр цилиндра 6.

Таким образом, измеряя среднюю скорость V установившегося ламинарного движения газа в промежуточном объеме между двумя критическими соплами (цкшиндре 6), зависящую с точностью до константы прибора только от температуры торможения газа внутри сопел, можно с учетом выражений (3) и (4) определить и искомую температуру исследуемой среды гши объекта по формуле

т V2

X 32F2-k-R г

Конструкция измерителя скорости газа поршневого типа позволяет с высокой точностью определить скорость ламинарного потока газа по регистрируе- мому измерителем 14 интервалу времени 1 прохождения порщнем 7 определенной длины измерительного участка цилиндра 6, равную расстоянию между фотостартом 12 и фотофинишем 13, Подбором наклона оси цилиндра 6 к плоскости горизонта уравновешивается сила трения порщня .7 его массой, В этом случае на поршне не возникает перепада давления и он движется вместе с газовым потоком.

Для определения константы прибора может быть проведена его калибровка. Для этого блок 2 сопел 3 и 4 помещают в термостат с известной температурой Т, равной, например, температуре тройной точки воды, и измеряют интарвал времени t прохождения порщнем 7 измерительного участка между фотостартом 12 и фотофинишем 13 в цилиндре 6. С учетом этого искомая температу- ,

исследуемой среды или объекта определяться по . ,- г

ТА

X

ТАЧ.

(6)

Формула изобретения

1, Способ определения температуры,, заключающийся в формировании докритического

и с я

потока газа тем, что.

о т л и ч а ю- целью повышеточности, докритический поток га

щ и ния

за формируют ламинарным в промежуточном объеме между двумя критическими соплами, которые размещают в исследуемой среде и соотношение площадей срезов которых выбирают обратно пропорциональным константе критичесг- кого отнощения давлений для используемого газа, измеряют среднюю скорость установившегося ламинарного потока газа, а температуру Т исследуемой среды определяют по формуле

25

Ч

.

где

b о

S2.(k-f-1)

30

35

40

F R k Уг45

50

,

55

аппаратурная константа , площадь поперечного сечения ламинарного потока газа в промежуточном объеме, площадь среза входного критического сопла; Газовая постоянная;

показатель адиабаты;

средняя скорость ламинарного потока газа.

1

с яыходом coiuia с меньшей площадьюпа содержит цилиндропоршневую плру,

среяа и входом другого сопла с боль-блоки фотостарта и фотофиниша поршшеи площадью среза, выход которогоня, установленные на 1№1линдре и подсоединён с.атмосферой.ключенные к измерителю интервалов

времени, при этом поршень установлен

3, Устройство по п. 2, о т л и -в цилиндре с зазором, а ось цилиндрочающееся тем, что измерительпоршневой пары наклонена относительсредней скорости газа поршневого ти-но плоскости горизонта.